Research on the Characteristic Change in an Inductive‐Coupling‐Type Contactless Power Transformer for a Railway According to the Core Shapes and Misalignment Utilizing a T‐Type Equivalent Circuit

Although an electric railway is an ecological transportation system, there are some obstacles when an electric railway is installed: the high cost for installation and the detrimental effect on the environment. A contactless power transfer system (CPT system) is a solid solution for these obstacles. However, a CPT system for a railway application needs to have a high capacity and a tolerance to the misalignment of the coils. In this paper, inductive power transfer theory, which is able to transfer a greater amount of energy than the electromagnetic resonance method is chosen, and its tolerance to the misalignment is our focus. The authors measure various core shapes, and their coupling coefficients, leakage inductances, and excitation inductances according to the misalignment are obtained with a finite element method (FEM) analysis. By using these parameters, the transmitted power and efficiency are calculated by two equivalent circuits: the S/S circuit and the S/P circuit. Finally, by comparing the parameters and transmitted power of each core shape and circuit, the authors show that the circular core can transfer 100 kW of energy for a misalignment of 300 mm.     

非接触电能传输系统不对称PWM调制的研究

在非接触电能传输(CPT)系统中,为提高系统的效率和可靠性,在不改变原有谐振功率变换器结构的基础上,采用不对称PWM调制,通过调整全桥逆变器的控制角α就可以有效地控制系统的传输功率。在进行等效电路模型分析的基础上,分析了不对称PWM调制的工作原理和工作特性。在CPT系统中不对称PWM调制方式实现了ZVS软开关,表明该调制方法的合理性。     

Circuit Analysis and Characterization of Contactless Power Transfer System with Variable Impedance

A contactless power transfer system using a repeater coil (repeater Coil topology) has been proposed as a method of suppressing overcurrent without power control during misalignment or no‐load. By installing a repeater coil between the primary and secondary coils, it is possible to increase the input impedance in the case of misalignment of the secondary coil or no‐load condition. In addition, another contactless power transfer system using primary parallel and secondary series resonance capacitors (PS capacitor topology) has been proposed. In the PS capacitor topology, the input impedance can be increased during misalignment of the secondary coil or no‐load condition similar to the repeater coil topology. In this paper, we evaluated the characteristics of both these topologies. First, we conducted a circuit analysis of the repeater coil topology and proposed a design method. In addition, we theoretically clarified the characteristic difference of the two topologies and experimentally evaluated the characteristics.     

Evaluation of Inductive Contactless Power Transfer Outlet with Coaxial Coreless Transformer

A contactless outlet for dc distribution systems is proposed. It uses an inductive contactless power transfer circuit with a series/parallel compensation circuit to prevent voltage fluctuation. However, the output voltage of the circuit rises in light load conditions. In this paper, the main circuit and control method for reducing the rise in output voltage and a method of estimating the output voltage are presented. The proposed circuit and methods were verified and evaluated experimentally using feedback control.     

非接触电能传输(CPT)系统频率分裂现象分析

非接触电能传输(Contactless Power Transfer,CPT)系统在工作过程中会出现频率分裂现象。论文以串联补偿的CPT系统为研究对象对系统进行建模分析,推导出了CPT系统中重要参数的方程表达式并选择负载电压作为重点研究对象。数值分析和实验结果表明,负载电压和负载功率在过耦合区内(k>kcritical)会分裂出两道脊,CPT系统工作在谐振频率(f0)和关键点(kcritical)时可以获得最大的负载电压和负载功率。     

固定开关频率三电平PWM整流器直接功率控制

以三电平电压型PWM整流器的数学模型为基础,结合瞬时无功理论,推导了瞬时功率和三电平整流桥开关矢量之间的关系,提出了一种固定开关频率的三电平PWM整流器的直接功率控制方法.该方法基于空间电压矢量调制,实现了动态过程中有功功率和无功功率的解耦控制.相对于传统的开关表bang-bang控制方式的直接功率控制,该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计.实验结果表明该控制策略实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能.     

有源电子式互感器特制线圈供能方法

针对有源电子式互感器中高压侧电路的供能问题,研究了特制线圈的供能方法。先对特制线圈绕线匝数与最小启动电流间的关系进行研究,提出改善最小启动电流的方法;然后设计并实现了两种方案所对应的硬件电路,比较了两种方案的优缺点。特制线圈与硬件电路联合测试的结果表明在≤12A的启动电流下,性能较好的供能方案能够提供590mW的功率输出,从而为电子式互感器高压侧电路的设计提供了能量保证。     

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制

建立三相电压型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）整流器在不同坐标系下的数学模型,分析直接功率控制（direct power control,DPC）的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题,通过对PWM整流器瞬时功率分析推导,提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVAl20智能功率模块,设计50kVA的三相电压型PWM整流器控制实验,在10kHz、5us的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明,所提方法实现单位功率因数运行,与现行的DPC—SVM定频控制方法相比,具有更好的动静态响应性能。     

The Circuit Analysis and Performance Evaluation of an Hc Type Magnetic Coupling Contactless Power Transformer that is Compatible with Both Solenoid and Circular Type Transformers

There are two types of the transformers in a contactless power transfer system: solenoid type (H‐shaped) and circular type transformers. These two types of transformers are not compatible because their magnetic field structures are different. An Hc type transformer that is compatible with both transformer types has been proposed. The Hc type receiver adds a central magnetic pole by dividing the winding coil of the H‐shaped receiver. The Hc type receiver can change the magnetic field structure by changing the connections of the divided windings and can receive power from both types of transmitters. In this study, we conducted a circuit analysis and evaluated the performance of the Hc type transformer.     

变压器负载可控的新型自动调谐消弧线圈

针对当前消弧线圈技术在电力系统中的应用及存在的问题,介绍了消弧线圈的原理,提出了一种宽范围自动连续可调且谐波污染小的新型消弧线圈设计原理,其实质是负载可控的变压器式电抗器,通过控制2次侧负载实现1次侧等效电抗的调节。2次侧负载为单相电压型PWM逆变器,通过电流闭环跟踪控制使其输出满足特定的条件—2次侧电流与1次侧相位相反,大小成一定比例,此时变压器呈现的电抗也比例可控。采用变压器2次侧多绕组的结构可以实现装置的大容量。利用变压器2次侧的逆变器回路,采用注入信号法可以精确的检测电网对地电容。800kVA样机动模试验证明了原理的正确性和方案的可行性。     

三电平PWM整流器直接功率控制

在给出了三电平电压型PWM整流器数学模型的基础上,结合瞬时功率理论,推导了输入有功、无功和整流器矢量的关系,提出了一种应用于三电平PWM整流器的直接功率控制(DPC)方法.该方法不仅能够实现系统对有功、无功的直接控制,而且能够避免矢量切换时相电压、线电压幅值的过高跳变,同时有效地控制了中点电位的平衡.仿真和实验结果表明此方法算法简单,实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能.     

基于移相功率流控制的感应电能传输系统研究

为了更好地对感应电能传输系统进行传输功率控制,提升该系统的实用性,本文基于电压型H桥谐振功率主回路的特性,从理论上详细分析了移相功率流控制在感应电能传输系统中作用,并给出了系统输出功率关于移相控制角的函数关系式.在此基础上,通过对基于TIF2810 DSP控制的试验平台进行实物验证试验,给出了相关的实验波形,并将最终的...     

新型电压源功率因数校正器的研究

介绍和分析了一种新型电压源功率因数校正器 ,重点阐述了它的工作原理及其控制系统的设计。该装置采用PWM电压源逆变器 ,可以维持接近于 1的功率因数。最后给出的实验结果证明了这一点。     

基于虚拟磁链的PWM整流器直接功率控制

为了改善传统直接功率控制系统的性能和可靠性,采用虚拟磁链定向的方法来实现功率估算.在Matlab/Simulink环境下,通过搭建了基于虚拟磁链的18扇区开关表仿真模型,并与传统的电压定向开关表控制进行比较.仿真结果表明:基于虚拟磁链的控制系统具有良好的动静态特性,系统可靠性较好,能有效抑制整流器对电网的谐波干扰.     

电压不平衡情况下PWM整流器功率分析方法

根据同步坐标变换和对称分量法,提出了一种三维瞬时复功率计算方法,可以将系统输入功率分解为:瞬时有功功率、q0轴之间、dq轴之间、d0轴之间的瞬时无功功率等12个功率分量。在瞬时功率分析的基础上对抑制交流侧负序电流和抑制交流侧输入功率二次谐波控制两种优化控制方案进行了分析。同时建立了基Saber的PWM整流器仿真平台,通过大量的仿真给出了各种不平衡输入情况下,采用不同的优化控制方案时瞬时有功功率、瞬时无功功率、瞬时功率因数以及输入电流谐波等波形,为三相PWM整流器在输入不平衡情况下的功率分析和优化控制提供了很好的理论基础。     

LCL滤波的PWM整流器直接功率控制

提出一种LCL滤波PWM整流器的新型直接功率控制策略,采用网侧电流计算瞬时功率,利用电容电流构造阻尼功率,为了改善无功功率的控制效果,使用三电平滞环比较器和新型开关表。仿真结果表明网侧电流畸变率很低,功率因数接近于1,且谐振得到了有效抑制,证明了所提方法的有效性和正确性。     

基于模型预测控制的单位功率因数电流型PWM整流器

传统的模型预测控制(model predictive control,MPC)采用基于脉冲响应的非参数模型作为预测控制模型,计算复杂,很难直接应用到快速的实时控制系统领域。该文提出了一种改进的MPC,并将此改进的MPC技术成功地引入到电流型PWM整流器(current source PWM rectifiers,PWM-CSR)的功率因数校正系统中。改进的方法从PWM-CSR控制量与被控制量的传递函数入手,得出整流器的一阶差分方程作为预测控制模型,同时省略传统模型预测控制(MPC)中参考轨迹这一不确定因素,因而克服了传统MPC计算量大,实现困难的缺点,并保留了传统MPC反馈校正、滚动优化的优点。在用DSPTMS320LF2407A为开发平台的实验样机结果表明:改进的MPC用于PWM-CSR的功率因数校正系统中,具有优良的稳定控制性能和快速的动态响应性能。     

PWM整流器的定频直接功率控制

直接功率控制(DPC)和常规的电压定向控制(VOC)是PWM整流器常用的控制技术。直接功率控制动态响应比电压定向控制要快,但其稳态特性不如电压定向控制,而且开关频率高且不固定,给滤波器的设计带来困难。在这两者的基础上提出了一种新的定频直接功率控制技术。该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环,无功功率参考值设为0以达到单位功率因数;同时用PWM调制模块代替滞环,得到定频的直接功率控制。分析了该控制结构的特性,并进行仿真研究。结果表明,所提出的控制技术有好的动静态性能,电流畸变量小,而且弥补了直接功率控制和电压定向控制的缺点。     

一种动态无线电能传输系统的线圈切换方法

阵列式动态无线电能传输系统因其运行损耗和漏磁更小、灵活性更好而被提出,其工作性能通常取决于发射阵列和接收线圈的结构。提出了一种基于LCC-S补偿拓扑的线圈切换方法,使切换时刻的互感下降和互感突变最小化以提高系统的偏移容忍度;同时,比较了应用该切换方法后,单层和双层发射阵列系统的工作性能。仿真结果显示,虽然双层发射阵列系统的切换控制更复杂,但在接收线圈与发射线圈间发生偏移时其输出功率下降更小,偏移容忍度更高。实验结果证明,该线圈切换方法在实际中有效可行。     

基于直接电流控制的PWM整流器的研究

研究三相电压型PWM整流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,双闭环直接电流控制策略.通过Matlab软件搭建系统模型进行仿真分析,验证了控制策略的可行性.在此基础上利用DSP控制单元和IPM集成模块搭建实验平台,设计控制软件进行实验验证.实验结果表明,PWM整流器使输入电流正弦化,有效减少谐波污染,能够实现单位功率运行...